冷冲模设计

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1、广东白云学院 冲压模具设计第三讲第二章（1）广东白云学院 第一节 金属变形的基本概念第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 第四节 冷冲压材料及其冲压成形性能第一节 金属变形的基本概念第二章 冲压变形的基本概念动画广东白云学院 变形: 金属在外力作用下产生形状和尺寸的变化称为变形 变形力: 使物体产生变形的外力称为变形力。 弹性变形: 当变形力去除后,能恢复原状的变形称为弹性变形; 塑性变形:当变形力去除后,不能恢复原状的变形称为塑性变 形;第一节 金属变形的基本概念广东白云学院 金属材料在变形力的作用下,既能产生弹性变形, 又能从弹性变形发展到塑性变形

2、,它是一种具有弹 、塑性的工程材料 冲压加工就是利用金属的塑性变形成形制件的一 种金属加工方法。要掌握冲压成形加工技术，首先 必须了解金属塑性变形的一些基本原理。第一节 金属变形的基本概念广东白云学院 单晶体:第一节 金属变形的基本概念广东白云学院 单晶体: 多晶体:第一节 金属变形的基本概念广东白云学院 加工硬化:随着变形程度的增加,变形阻力增大,强度 和硬度升高,而塑性,韧性下降,这种现象称为 加工硬化 变形组织:金属在变形程度很大时,多晶体内各个晶粒 沿其变形最大的方向伸长, 位向会因滑移面 的转向而逐渐趋向一致,形成纤维组织,这样 的组织称为变形组织第一节 金属变形的基本概念广东白云学

3、院 第一节 金属变形的基本概念第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 第四节 冷冲压材料及其冲压成形性能第二章 冲压变形的基本概念第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素广东白云学院 影响金属塑性和变形抗力的主要因素有两 个方面，其一是变形金属本身的晶格类型 、化学成分和组织状态等内在因素；其二 是变形时的外部条件，如变形温度、变形 速度和变形的力学状态等。因此，只要有 合适的内、外部条件，就有可能改变金属 的塑性行为。第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素广东白云学院 一.化学成份和组织对塑性和变形抗力的 影响 化学成分和组织对塑性和变形抗力的影 响

4、非常明显也很复杂。下面以钢为例来 说明。第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素广东白云学院 1.化学成分的影响： 1)在碳钢中，铁和碳是基本元素。在合金钢中，除了 铁和碳外还包含硅、锰、铬、镍、钨等。在各类钢 中还含有一些杂质，如磷、硫、氨、氢、氧等。碳 对钢的性能影响最大。碳能固溶到铁里形成铁素体 和奥氏体固溶体。它们都具有良好的塑性和低的变 形抗力。当碳的含量超过铁的溶碳能力，多余的碳 便与铁形成具有很高的硬度而塑性几乎为零的渗碳 体，对基体的塑性变形起阻碍作用，降低塑性，提 高抗力。可见含碳量越高，碳钢的塑性成形性能就 越差。一.化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响 广东白云学院 2)

5、合金元素加人钢中，不仅改变了钢的使用性能， 而且改变了钢的塑性成形性能，其主要的表现为 ：塑性降低，变形抗力提高。这是由于合金元素 溶人固溶体（Fe和Fe），使铁原子的晶 体点阵发生不同程度的畸变；合金元素与钢中的 碳形成硬而脆的碳化物（碳化铬、碳化钨等）； 合金元素改变钢中相的组成，造成组织的多相性 等，都造成钢的抗力提高，塑性降低。一.化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响 广东白云学院 2. 组织的影响金属材料的组织状态与如下因素有关: 化学成份 制造工艺(如冶炼、浇铸、锻轧、热处理) 1)晶格结构2)单晶和多晶结构3)晶粒大小4)组织形状一.化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响广东白云学

6、院 二、变形温度对塑性和变形抗力的影响1.温度升高，发生回复和再结晶，变形抗力降低 。2.温度升高，原子热运动加剧，滑移系的增加， 提高了变形金属的塑性。3.温度升高，原子的热振动加剧使之发生位置转 移，使金属产生塑性变形。4.温度升高，晶界强度下降，使得晶界的滑移容 易进行,第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素广东白云学院 三、变形速度对塑性和变形抗力的影响1. 变形速度大时，要同时驱使更多的位错更快地运动，使变形抗力增大；2. 在高变形速度下，变形体吸收的变形能迅速地转化为热能（热效应），有利于增加塑性。第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素广东白云学院 常规的冲压设备工作速度都较低

7、，对金属塑性变 形的性能影响不大。考虑变形速度因素，主要基 于零件的尺寸和形状。对大型复杂的零件成形， 变形量大且极不均匀，易局部拉裂和起皱，为了 便于塑性变形的扩展，有利于金属的流动，宜采 用低速的压力机或液压机。小型零件的冲压，一 般不考虑变形的速度对塑性和变形抗力的影响， 主要从生产效率来考虑。第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素广东白云学院 四、应力、应变状态对塑性和变形抗力的影响第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素广东白云学院 第一节 金属变形的基本概念第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 第四节 冷冲压材料及其冲压成形性能第二章 冲

8、压变形的基本概念第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 冲压成形过程-动画 在板料冲压成形时，毛坯不同位置的应力状态和应变 状态并不相同。即具有不同变形趋向。只有应力状态 满足屈服准则的区域才会产生塑性变形，此区称为塑 性变形区；其他没有满足屈服准则的区域则不会产生 塑性变形，称为不变形区。要使板料毛坯改变其原始 形状顺利地成形为零件，必须在毛坯各区域之间形成 一定的受力与变形关系，使板料毛坯按预定计划和要 求进行变形。如果对毛坯的变形过程控制不当，就会 出现影响冲压件质量的各种问题甚至冲压出废品，因 此必须了解和遵循冲压变形趋向性规律，对变形过程 实行有效的控制。第三节 冲压成

9、形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 一、冲压成形中的变形趋向性 A 是塑性变形区， B、C、D 都可称为不变形区。 其中: B是已经完成了塑性变形的已变形区；C 是自始至终都不参与变形的不变形区；D 是暂不变形的待变形区，虽然在图示的状态下它不 参与变形，但随冲压成形过程的进行，它将不断地进入变形 区参与变形。 第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 图(a)、(b)、(c)中的 B 区以及图(d)中的 C、D 区也是传 力区，在冲压成形过程中起到将冲模的作用力传递给变形区 的作用。不变形区可能是传力区(见图(d)中的C区)，也可能 是不传力的已变形区(见图(d)中的B区)或

10、待变形区(见图(b) 中的D区)，也有的不变形区在冲压过程中自始至终都不传力 也不产生塑性变形(见图(a)、(b)、(c)中的 C区)。 第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 冲压成形过程是不断变化的连续过程，各个区域之 间可以相互转化。 例如待变形区内的板料不断地进入变形区，而变形 区的金属又可能不断地进入已变形区等。 第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 1. 弱区先变形 在同一个冲模外力的直接作用下，毛坯的各个部 分都有产生某种形式的塑性变形的可能，但是， 由于受模具外力作用方式与以及毛坯各部分的几 何形状与尺寸的不同，在所有各种可能发生的变 形方式中，需

11、要变形力最小的部分(弱区)首先变 形。即“弱区先变形，变形区应为弱区” 。第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 缩口变形趋向性在变形力 F 的作用下，A 区受缩口模的作用， 在有利的变形条件下先屈服，产生塑性变形；而C 区同样也受到变形力 F的作用，却没有屈服变形。第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 这是因为 A 区屈 服需要的变形力 小，是相对的弱 区。C 区是强区 ，同时也是把来 自冲压设备的作 用力 F传递到变 形区的传力区。 (a) 开始缩口状态 (b) 缩口中间状态 广东白云学院 实际上，在缩口过程中，受缩口模作用的 A 区，可能产生的 塑性变形是切向收缩的缩口变

12、形或在切向压应力作用下的失稳 起皱；受到变形力 F 作用的 C区，可能产生的塑性变形是镦 粗或纵向失稳。在这四种变形趋向中，只有满足缩口变形所需 要的变形力最小这个条件时，缩口才能正常进行。 第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 在设计工艺过 程、选择工艺 方案、确定工 序和工序尺寸 时，必须遵循“ 弱区先变形， 变形区应为弱 区”的原则。(a) 开始缩口状态 (b) 缩口中间状态 广东白云学院 2. 变形区与相邻区相互影响 (略)第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 二、变形趋向性的控制 在冲压成形过程中，弱区和强区在一定条件下可 以相互转化。 在冲压生产中被用来控制变形过

13、程的主要措施与 因素如下：第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 1.合理确定毛坯各部分的相对尺寸第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 如图 (a)所示的毛坯，当 其外径Do 、内孔do 及凸 模直径dp具有不同的比例 时，有三种可能的变形趋 势：拉伸、翻边和胀形， 从而形成三种形状完全不 同的零件。 广东白云学院 图(b)中，Do 、do都比较小，Do /dp 2.5， do /dp 0.20.3，宽度为dp -do的内环部分成为 弱区，于是得到外径不变、内孔扩大的翻边变形 。 第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 图(d)中，Do比较大，do却比较小甚至为零

14、，即有 Do /dp 2.5，do /dp 0.15，这时毛坯外环的拉 伸变形和中间部分的翻边变形的阻力都增大了，使第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 中间部分材 料需要的变 形力最小， 于是得到外 径不变、毛 坯中间部分 变薄的胀形 工艺。 广东白云学院 2. 改变模具工作部分的 几何形状和尺寸 如图(a)中，增大凸模圆 角半径Rp ，减小凹模圆 角半径Rd ，可以使翻边 阻力减小，拉伸变形的阻 力增大，有利于翻边变形 。反之， Rp 减小， Rd增 大，则有利于拉伸变形。 生产中常采用修磨凸凹圆 角的方法来控制毛坯的变 形趋向。 第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 3

15、. 改变毛坯和模具之间的 摩擦阻力 如增大图 中的压边力 Q ，使毛坯与压边圈和凹模 表面间的摩擦力增大，将 有利于实现翻边或胀形而 不利于拉伸变形。减小压 边力 Q，在毛坯和凹模之 间加润滑油，可以减小毛 坯与压边圈和凹模表面间 的摩擦阻力，有利于拉伸 变形。第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 广东白云学院 4. 降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度 采用局部加热或局部深冷的方法，可以降低变形区的 变形抗力或提高传力区的强度，两者都能达到控制变 形趋向的目的，可以使一次成形时的成形极限增大。第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 如在拉伸或缩 口时对变形区 局部加热，在 不锈钢毛坯拉 伸时对传力区 局部深冷，都 能增大一次成 形的成形极限 。广东白云学院 第一节 金属变形的基本概念第二节 影响金属塑性和变形抗力的主要因素第三节 冲压成形中的变形趋向性及其控制 第四节 冷冲压材料及其冲压成形性能第二章 冲压变形的基本概念第四节 冷冲压材料及其冲压成形性能广东白云学院 1、伸长率 在单向拉伸试验中试样开始产生局部集中变形（刚出现颈缩时 ）的伸长率，称为均匀伸长率，记作b试样拉断时的伸长率 ，称为总伸长率 ，如图2-18所示。第四节 冷冲压材料及其冲压成形性能s表示板料产生均匀变形或称 稳定变形的能力。